目錄

一、CAS的簡單介紹

CAS邏輯（用偽代碼來描述）

二、CAS在多線程中簡單的使用

三、原子類自增的代碼分析

都看到這了，點個贊再走吧，謝謝謝謝謝

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一、CAS的簡單介紹

CAS的全稱：“Compare And Swap”，字面意思是 “比較和交換”；一個CAS涉及到以下操作，有兩個寄存器：A，SwapB，還有內存的值：AddressC。

先判斷寄存器A是否和AddressC的值相同，相同，SwapB的值和AddressC的值進行交換，返回成功操作，否則返回失敗操作。這里的交換值我們也可以理解成賦值操作，因為寄存器中的值我們不關心，用完就丟掉了，只關心內存中的值。

CAS邏輯（用偽代碼來描述）

偽代碼：

這里有兩個寄存器：expectValue，swapValue，還有內存的值：address，初始化如圖：

進入if語句，判斷內存的值和寄存器e的值是否相等，如果相等，就交換寄存器swap和內存address的值，如圖：

如圖：

然后返回true，如果if條件不成立則返回false。

在計算機中，上述操作在計算機只是一條指令，因為單個指令的原因，所以CAS指令是原子的。

CAS指令不涉及到加鎖，阻塞。基于CAS指令，合理使用的話，在多線程中，我們可以實現無鎖編程；因為之前我們討論并發編程的線程安全問題時，是通過加鎖，阻塞這樣方式解決線程安全問題，因為會有阻塞，所以性能也就會降低，用CAS指令實現無鎖編程，也能保證線程安全，不涉及到阻塞，這樣性能就能得到很大的提升，在多線程編程中打開了新世界的大門。

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二、CAS在多線程中簡單的使用

因為CAS是CPU的指令，有的cpu可能不支持CAS，但主流的CPU（x86，arm...）都是支持的。

CAS本身是CPU的指令，操作系統對其做了封裝，jvm又對操作系統提供的api又做了一層封裝。java中CAS的api是放在unsafe中的，這個包名的意思，顧名思義也是“不安全”的意思，一般在java中不建議使用，java的標準庫中，對于CAS進行了進一步的封裝，把CAS的一些操作封裝成工具類，供程序猿使用。而主要的一個工具，叫做 “原子類”。

在 java.util.concurrent.atomic? 包下，里面的類就是基于上述方式實現的，典型的類就是AtomicInteger類，里面有很多方法可以實現數值的自增、自減，以及基本的加減操作。下面的代碼案例也是使用AtomicInteger展示。

我們以前寫過一個代碼，讓兩個線程實現一個變量自增10_0000次，如下代碼是線程不安全。

public class AtomicIntegerTest1 {public static int count = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count++;}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count++;}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);}
}

執行結果：

輸出結果也和我們預期結果不同，肯定是線程不安全的，而原因就是因為count++操作不是原子的，在計算機中有三個指令。

這里，我們使用CAS的方式，來實現讓兩個線程實現一個變量自增10_0000次，代碼如下

public class AtomicIntegerTest1 {public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();//和count++意思一樣}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();//和count++意思一樣}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);}
}

執行結果：

因為這里用CAS的方式，原本count++操作在計算機中有3條指令，不是原子的，肯定線程不安全；但是用CAS的方式就可以把像count++這樣的操作，用一條指令完成，是原子的，在這里就不涉及到線程安全問題了。

AtomicInteger中有很多方法：自增，自減，+=，-=等待，這里就不展開討論了。

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三、原子類自增的代碼分析

代碼還是上述的代碼，如下：

public class AtomicIntegerTest1 {public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();//和count++意思一樣}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();//和count++意思一樣}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);}
}

在標準庫中，getAndIncrement方法是這樣的：

這里比較難理解，我們用偽代碼的形式介紹，偽代碼如下：

當有兩個線程對同一個變量進行自增操作時，執行流程是這樣的：

這里的oldValue是寄存器中的值，它的值就是AtomicInteger括號里面初始化的值，value是內存中的值。從上到下，把內存value的值都賦值給oldValue，兩個線程拿到的都是同一個內存value的值。

這時，右邊的線程while循環里的判斷，先執行CAS這里的操作，如圖：

????????

執行完CAS操作后返回true，然后while循環里true != ture，條件不成立，不執行while循環內的代碼。

當左邊線程進入while循環里面的判斷語句時，如圖：

也會進入CAS操作，這里因為內存value的值修改了，當前線程寄存器oldValue值還是0，給oldValue+1，會返回false，這時循環條件false != true成立，就會執行oldValue = value操作，如圖：

再次進入循環條件里面執行CAS操作，這時候value == oldValue，所以會讓oldvalue+1賦值給value，這時候value的值就是2了，如圖：

所以，兩個線程不管順序是啥樣的，使用getAndIncrement方法都不會出現線程安全問題，因為CAS操作本身就是原子的，原因的邏輯理解也大概是下面這樣的：

如果cas不成功，會重復上面的操作，再次讀取數據，這次讀取到的數據就是正確的了，cas也就能成功。意思就是這個方法里面會判斷拿到的值是不是最新值，如果不是就去拿最新的值，再去CAS，這時候因為拿到的是最新值，所以這時能CAS成功。

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